40 Вестник Казахского государственного женского педагогического университета №1(43), 2013
(диффузияның эффективті коэффициенті), ӚӘК (ӛзара әсер коэффициенті), екі колбалық
аппарат.
Зат алмасу процесінде маңызды рольді диффузия атқарады, мысалы: табиғи газдан
аммиакты синтездеу, газ тәрізді отынның жануы. Қазіргі уақытта химиялық
технологиялардың, ракеталық және авиакосмостық техникалардың ӛнеркәсіптік
аппараттарын жасау және есептеу кезіндегі бинарлық қоспа жағдайына арналған зат
тасымалдау тұрақтысы туралы білім жеткіліксіз.
Кӛп компонентті қоспалармен байланысты табиғи және технологиялық процестерді
қарастырғанда, біз оның негізгі масса тасымалдау ерекшеліктерін кӛрсететін
параметрлерді білуіміз қажет. Нақты кездесетін заттар мен құбылыстар алуан түрлі,
сондықтан олардың масса тасымалдауын анықтайтын коэффициенттер мәндері де әртүрлі
және олар ӛте кең зерттеулерді талап етеді. Қазіргі уақытта кӛп компонентті қоспалардағы
диффузия құбылысы алдағы уақытта әлі де терең зерттеулерді талап етеді.
Гидродинамикалық ағыстың диффузиялық ағысқа қосылуы әртүрлі бароэффект, кері
диффузия, диффузиялық бӛгет сияқты эффектілерге әкеледі, ол эффектілер тәжірибе
жүзінде тұйықталған екі колбалық жүйе әдісімен зерттеледі [3].
Екі колбалық аппарат әдісі классикалық квазистационарлық әдіс болып табылады
[4]. Оны ӛздік диффузияны, термодиффузияны ӛлшеуде және диффузиялық бароэффект,
кӛп компонентті диффузия, термодиффузияны зерттеуде қолданады. Бұл әдістің жоғарыда
айтылған жақсы жақтарымен қоса, бірқатар айтарлықтай кемшіліктері де бар. Біріншіден,
эксперименттің ұзаққа созылуы, мысалы үлкен қысым кезінде эксперимент бірнеше күнге
созылуы мүмкін. Екіншіден, алынған диффузия коэффициенттерінің орташалануы,
үшіншіден, әдістің есептеу формулаларына байланысты ескертулерге бағынуы.
Екі колбалық аппарат әдісімен зерттелетін диффузия параметрлеріне байланысты
аппаратқа әртүрлі шарттар қойылады. Үлкен қысымдағы экспериментке бұл шарттар
ӛзгеше. Тӛмендегі 1-суретте эксперименттік қондырғы кӛрсетілген.
1-сурет. Қондырғының схемасы
1-сурет. Екі колбалық әдістемелік қондырғының эксперименттік сызбасы. А,Б – газ
толтырылған баллондар; I- газдарды дайындау блогы; II – екі колбалық аппаратпен
термостат. 1 - 10 - крандар; 11- мембрана бӛлгіші; 12 - манометрлер; 13 - теңестіретін
сыйымдылық; 14-тӛменгі колба; 15 - диффузиялық капилляр немесе капилляр блогы; 16 -
жоғарғы колба; 17- фторлыпласталық
таблетка; 18 - шток; 19 - вороток.
Жұмыста екі колбалық диффузиялық қондырғы әдісі қолданылды, негізгі газдар
сутегі, азот, аммиак, метан, екі колбада да бірдей мӛлшерде осы газ қоспаларының зат
алмасу процесінің эксперименттік зерттеуі кӛрсетілген [1,2,4,5]. Қондырғы негізгі екі
бӛліктен тұрды. Біріншісі – газ дайындайтын блок, онда колбаны газға толтыру үшін
керекті вентильдер жиынтығы және колбадағы газдардың қысымдарын теңестіретін
сыйымдылықтар, манометрлердің кӛрсетулерінен тұратын газдарды
дайындау блогы, яғни
газы бар баллондар, крандар, мембраналық бӛлгіштер. Екіншісі – термостатты екі
Қазақ мемлекеттік қыздар педагогикалық университетінің Хабаршысы №1(43), 2013
41
колбалық аппарат (2-сурет). Қондырғымен жұмыс істеу әдісі мынадай: аппараттың
колбалары ӛзара бӛлінеді және ауа форвакуумдық насоспен сорып алып дайындалады,
мысалы бірнеше рет зерттелетін газ қоспасымен «шайылған» және онымен тәжірибелік
қысымға дейін жоғарғы колба толтырылады. Осыған ұқсас процедура тӛменгі колбада да
жүргізіледі. Берілген температуралық режимде колбалардағы қысымдар теңестіріледі
және газдың артық мӛлшері атмосфераға жіберіледі. Манометрлердің кӛрсетулерінде
аппарат колбаларындағы газ қысымы белгіленеді. Тәжірибенің абсолюттік қысымы
атмосфералық қысымдардың қосындысымен, яғни манометр-барометрдегі (МБП)
қысым
және манометр кӛрсетуіндегі қысыммен анықталды. Қысымдарды теңестіргеннен кейін
бастапқы араласу процесіне сәйкес келетін уақыт белгіленеді және диффузиялық канал
ашылады. Тасымалдау жүргізілген уақыты аяқталғаннан кейін эксперимент соңында
аппарат колбалары ажыратылады. Араласудан кейін газдарды талдау хроматографта
жүргізілді. Біз
0.6126H2+0.1829N2+0.0339NH3+0.1099CH4+0.0607Kr–0.4948H2+0.1636N2+
0.1557NH3+0.1233CH4+0.0626Kr;
газ жүйелерінің жалпы қысымға және температураға тәуелділігін зерттедік.
Т = 500К және Р = 30МПа мәнге ие болғандағы газдардың ӛзара әсер коэффициенті
тӛмендегідей нәтижені кӛрсетті:
D
H2-N2
=0,0258; D
H2-CH4
=0,0242; D
N2-CH4
=0,0071; D
H2-NH3
=0,0252; D
N2-NH3
=0,0074; D
CH4-
NH3
=0,0068, D
H2-Ar
=0,0274; D
N2-CH4
=0,0071; D
N2-Ar
=0,0068; D
Ar-CH4
=0,0068; D
H2-Kr
=0,0229;
D
CH4-Kr
=0,0147; D
N2-Kr
=0,0128; D
NH3-Kr
=0,0029; D
Ar-Kr
=0,0041; D
Ne-Kr
=0,0001; D
H2-Ne
=0,0044;
D
N2-Ne
=0,0254; D
NH3-Ne
=0,0101; D
Ne-CH4
=0,018 см
2
/с [3].
2-сурет. Жоғарғы және тӛменгі колбадағы 0.6126H2+ 0.1829N2 + 0.0339NH3 +
0.1099CH4 + 0.0607Kr –0.4948H2 + 0.1636N2 + 0.1557NH3 + 0.1233CH4 + 0.0626Kr;
газ жүйесінің молярлық массаға және уақытқа тәуелділігі
3-сурет. 0.6126H2+ 0.1829N2 + 0.0339NH3 + 0.1099CH4 + 0.0607Kr –0.4948H2 +
0.1636N2 + 0.1557NH3 + 0.1233CH4 + 0.0626Kr;
газ жүйесі үшін
диффузияның эффективті
коэффициентінің (ЭКД)
концентрацияға тәуелділігі
